Hidrojen ve Kimyasal Ürünlerin Verimli Üretimi

Yüksek sıcaklık elektrolizi, bir elektroliz hücresinde su buharını hidrojen ve oksijene ayırmayı içeren, hidrojen üretimi için oldukça verimli bir işlemdir. Başlıca avantajı: Yüksek sıcaklıklar, endüstriyel atık ısının reaksiyon için doğrudan enerji kaynağı olarak kullanılmasını sağlar. Bu, pahalı elektriğin tüketimini azaltır, elektrokimyasal reaksiyonları hızlandırır ve genel verimliliği önemli ölçüde artırır.

Fraunhofer IKTS tarafından geliştirilen yeni bir bilimsel ve metodolojik yaklaşım.

Fraunhofer IKTS'deki araştırmacılar, yirmi yılı aşkın bir süredir son derece iddialı bir hedefin peşindeler: Yüksek sıcaklık yakıt hücrelerini ve elektrolizörleri o kadar güçlü, sağlam ve uygun maliyetli hale getirmek ki, sadece enerji geçişini desteklemekle kalmasınlar, aynı zamanda onu önemli ölçüde hızlandırabilsinler. Fraunhofer IKTS'de Malzeme ve Bileşenler Bölümü Başkanı ve Enerji Bölümü Başkanı Mihails Kusnezoff, "Başından beri hedefimiz elektronlar ve moleküller arasında bir köprü kurmaktı" diyor. Fraunhofer IKTS ekibinin yaklaşımı, birçok rakibinden önemli ölçüde farklı: Araştırmacılar, elektrolizörler ve yakıt hücreleri için ayrı kavramlar geliştirmek yerine, her iki modda da çalışabilen bir sistem yarattılar. Kusnezoff'un açıkladığı gibi, bu büyük bir zorluktu: "Yakıt hücresi çalışması düşük direnç ve yüksek voltaj gerektirirken, elektroliz uzun vadeli kararlılık ve minimum sıcaklık gradyanlarıyla neredeyse termonötr çalışma gerektirir."

Seri üretime uygun çok yönlü bir istif

Laboratuvarda araştırmacılar, yüksek performanslı hücreler oluşturmak için yeni elektrolit ve elektrot malzemeleri geliştirdiler ve mikro yapıları optimize ettiler. Fraunhofer IKTS'deki Baskılı Sistemler için Malzemeler çalışma grubunun üyesi ve araştırmacı Sindy Mosch, "Birden fazla hücreyi birleştirerek 'yığın' olarak bilinen yapıyı elde ediyoruz. Bu, sistemin kalbidir ve endüstriyel miktarlarda hidrojen üretmek için gerekli ölçeklendirmeyi kolaylaştırır" diye açıklıyor. Teknik atılım, nihayetinde malzeme yeniliği, tasarım optimizasyonu ve endüstrileşmeye yönelik tutarlı bir odaklanmanın birleşimiyle elde edildi. Sindy Mosch, "Elektrokimyasal, termal ve mekanik etkileri entegre bir sistem olarak düşünmeyi öğrenmek zorundaydık. Mikro yapıyı, sinterleme davranışını ve koruyucu katmanları hassas bir şekilde koordine ederek, hem elektrolizin zorlu koşullarında hem de yakıt hücresi modunda yıllarca güvenilir bir şekilde çalışabilen bir hücre geliştirebildik" diyor.

Fraunhofer IKTS yığını, 750°C ila 850°C arasındaki genişletilmiş bir sıcaklık aralığında güvenilir bir şekilde çalışır; bu da bir elektrolizörün ömründe kritik bir rol oynar. Bu sıcaklık aralığında, sadece su buharı ve CO₂'yi elektroliz yoluyla sentez gazına dönüştürmekle kalmaz, aynı zamanda doğal gaz, biyogaz, metanol, etanol ve hatta yeşil amonyak gibi çeşitli yakıtları yakıt hücresi modunda enerji üretimi için kullanmak da mümkündür.

Laboratuvardan fabrikaya: Arnstadt'ta pilot üretim

Aynı zamanda ekip, metalik bipolar plakayı tek bir presleme işleminde verimli bir şekilde üretilebilecek şekilde yeniden tasarlayarak endüstriyel ölçeklendirme sorununu ele aldı ve elektrotlar ile temas/koruyucu katmanlar için ölçeklenebilir kaplama süreçleri geliştirdi. Fraunhofer IKTS'de Seramik Enerji Dönüştürücüler Grup Müdürü Stefan Megel, "Bizim için bir şey açıktı: Teknoloji, yalnızca laboratuvarda değil, fabrikada da işlev gördüğü takdirde enerji dönüşümüne katkıda bulunabilir" diye vurguluyor.

Teknolojinin endüstriyel kullanıma hazır olması da sektör oyuncularını etkiledi: thyssenkrupp nucera, yeni geliştirilen bu sistemi özellikle yüksek sıcaklık elektrolizi alanında verimli ve umut vadeden bir çözüm olarak belirledi. Fraunhofer IKTS, sadece 14 ay içinde Arnstadt'taki tesisinde kısmen otomatikleştirilmiş bir pilot üretim hattı kurarak, endüstri ortağı thyssenkrupp nucera ile birlikte daha fazla ölçeklendirme için temelleri attı. Stefan Megel, "Pilot aşama, sistemlerimizin bilimsel mükemmelliği, gigawatt seviyesine kadar ölçeklenebilir ve uygun maliyetli üretimle birleştirdiğini gösterdi" diyor.

Endüstriyel karbonsuzlaştırma için kilit teknoloji

Fraunhofer IKTS'deki baca geliştirme çalışmaları, verimlilik ve teknolojik çok yönlülükte yeni standartlar belirlemekle kalmayıp, aynı zamanda yüksek verimli hidrojen ve sentez gazı üretimi için elektrik ve atık ısının endüstriyel kullanımının da önünü açmaktadır. Fraunhofer IKTS ekibi böylece küresel enerji dönüşümüne doğrudan katkıda bulunurken, Almanya'nın endüstriyel bir merkez olarak rekabet gücünü de güçlendirmektedir.

Yazar

Katrin Schwarz

Basın ve Halkla İlişkiler

Fraunhofer Seramik Teknolojileri ve Sistemleri Enstitüsü IKTS